گالوانیزه چیست؟ فرآیند گالوانیزه سرد و گرم
وقتی که اروپایی‌ها در اوایل قرن هفدهم میلادی برای اولین بار، از آهن یا فولاد گالوانیزه استفاده کردند، هیچ کس فکرش را هم نمی‌کرد که فرایند «گالوانیزه کردن» روزی به این درجه از محوببیت و کاربرد برسد. اما اکنون در تمام پروژه‌های ساختمانی و صنعتی، از انواع محصولات آهنی گالوانیزه از جمله ورق، لوله و ... به وفور استفاده می‌شود. به همین دلیل ما این مقاله از وب سایت آهن آنلاین را به بررسی گالوانیزه، فرایند گالوانیزاسیون و انواع روش‌های آن اختصاص داده‌ایم. لطفا تا پایان با ما همراه باشید.
گالوانیزه چیست؟
آهن و فولاد از مهم‌ترین و پرکاربردترین انواع فلزات در کل دنیا هستند؛ اما این فلزات در برابر زنگ‌زدگی مقاومت بالایی نداشته و لازم است طی فرآیندهایی، سطح آن‌ها به وسیله مواد مختلفی پوشش داده شود. استفاده کردن از مواد غیرآلی و یا پوشش فلزی بر روی فولاد، مانع مقاومی در برابر زنگ‌زدگی است. به همین سبب از فلز روی که یک عنصر بسیار مستحکم است برای حفاظت از فولاد استفاده کرده و سطح آن را می‌پوشانند. این فرآیند با نام، گالوانیزه کردن یا گالوانیزاسیون شناخته می‌شود. گالوانیزه یا گالوانیزه کردن (Galvanization)، به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن، آهن یا فولاد با ورقهای از جنس فلز «روی» (Zn) پوشش داده می‌شود. این لایه پوششی در حقیقت نقش محافظ را ایفا کرده و از آهن در برابر خوردگی، زنگ زدگی، رطوبت و ... محافظت می‌کند. خوردگی در واقع میزان تمایل یک فلز یا آلیاژ مشخص برای واکنش دادن در معرض هوا، آب، محیط‌های قلیایی و اسیدی است. خوردگی یا زنگ زدگی، یکی از مهم‌ترین چالش‌های محصولات آهنی است و در صورت بروز آن، خسارت‌های سنگینی به کل پروژه وارد می‌شود. در واقع فولاد زنگ نزن دارای ویژگی‌های متعددی همچون مقاومت بالا در برابر اکسید شدن، پوسته شدن و .. است.
بنابراین تا این‌جا دانستیم که گالوانیزه در حقیقت یکی از روش‌های پوششی برای محافظت از آهن در برابر خوردگی و زنگ زدگی است. آبکاری گالوانیزه در واقع نوعی پوشش یا اصطلاحا روکش است که می‌تواند از فلز زمینه خود تا حد مناسبی در مقابل برخی از آسیب‌های محیطی نظیر زنگ زدگی، محافظت کند. در واقع می‌توان گفت روکش گالوانیزه نام یک محصول منحصر به فرد نیست؛ بلکه به کلیه تکنیک‌ها و فرایندهایی گفته می‌شود که در نتیجه آن پوششی از فلز روی، بر محصول نهایی قرار داده می‌شود.
استانداردهای گالوانیزه در آهن و فولاد
استانداردهای گالوانیزه در آهن و فولاد به مواردی نظیر ظاهر، ضخامت، وزن پوشش و چسبندگی آن اشاره دارد. این استانداردهای معتبر و بین‌المللی شامل موارد زیر می‌شود:
- استاندارد ISO 1461
- استاندارد ASTM A123
- استاندارد AS/NZS 4680
- استاندارد CAN/CSA G164
انواع روش های گالوانیزه کردن
همانطور که اشاره شد، فولادها و آهن‌ها از جمله عناصری هستند که به راحتی دچار زنگ‌زدگی و خوردگی می‌شوند؛ ازاین‌رو، صنعتگران روش‌ها و راهکارهای مختلفی را برای جلوگیری از بروز این مشکلات به کار می‌برند که یکی از این روش‌ها، گالوانیزه است. گالوانیزه از فولاد در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی محافظت کرده و دوام و استحکام آن را بالا می‌برد. همانطور که در بالا اشاره کردیم، برای این‌که یک ورقه فولادی را با استفاده از فلز روی پوشش داد، روش‌های مختلفی وجود دارند که به «روش‌های گالوانیزه کردن» معروف هستند. به طور کلی، گالوانیزه (گالوانیزاسیون) به دو صورت «گالوانیزه گرم» یا «گالوانیزه سرد» انجام می‌شود. البته دو روش دیگر به نام «پیش گالوانیزه» و «الکتروگالوانیزه» هم به منظور انجام این کار مورد استفاده قرار می‌گیرند. بنابراین به طور کلی، 4 روش برای گالوانیزه فولاد موجود هستند که در ادامه به صورت مختصر به هر کدام اشاره می‌کنیم:
گالوانیزه گرم
فرآیند گالوانیزه گرم یکی از انواع گالوانیزه است که جهت ساخت بسیاری از محصولات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این فرآیند، قطعه فولادی در فلز روی غوطه‌ور می‌شود؛ دمای روی در داخل وان نیز حدود 449 درجه سانتی‌گراد است. به‌طورکلی، از مراحل گالوانیزه گرم می‌توان به پاکسازی آلودگی‌های موجود در سطح فلز، پاکسازی مواد پاک‌کننده در مرحله قبل، پاکسازی لایه‌های اکسیدشده آهن با محلول اسیدی، پوشش‌دهی فولاد با روی (غوطه‌ور کردن فولاد در وان روی)، بیرون آوردن فولاد از وان و خشک کردن آن اشاره کرد. این روش بر پایه عملیات حرارتی اتجام شده و شامل فرو کردن ورق فولادی در استخر مذاب روی است.
پیش گالوانیزه
پیش گالوانیزاسیون شامل نورد ورق فولادی از طریق فرآیندی مشابه فرآیند گالوانیزه گرم است و از استخر روی (Zinc) مذاب و مایع عبور داده می‌شود. سپس برای سرد شدن مقطع موردنظر، آهن گالوانیزه را از جایی در حال خود آویزان می‌کنند تا زمانی که کاملا خشک شود.
الکتروگالوانیزه
این فرایند شامل کاهش الکترولیکی یون روی (Zinc) با بار مثبت به فلز روی است. سپس بر ماده دارای بار مثبت رسوب می‌کند. این روش نیز برای رول ورق فلزی اعمال می‌شود.
گالوانیزه سرد
برخلاف روش غوطه‌وری که در تولید گالوانیزه گرم استفاده می‌شود، این روش نیاز به دمای بالایی نداشته و به همین جهت، مقاومت گالوانیزه‌ی گرم را ندارد. این نوع از گالوانیزه، بر پایه الکترولیت انجام شده و در آن، فلز روی مانند یک رنگ تمامی سطح فولاد را می‌پوشاند. میزان پوشش و غلظت استفاده از فلز روی در این روش نسبت به گالوانیزه‌ی گرم کمتر بوده و در نتیجه، از مقاومت پایین‌تری در برابر عوامل محیطی برخوردار است. استفاده از این نوع گالوانیزه به دلیل شکل زیبا و درخشانی که دارد، برای عملیاتی که ظاهر کار مهم است، یک گزینه عالی به شمار می‌رود. در آن از روی غنی شده با غلظت حداقل 92 درصد استفاده می‌شود. برای پوشش‌دهی قطعات به‌وسیله گالوانیزه سرد ابزارهایی همچون قلم‌مو، اسپری یا پیستوله را به کار می‌گیرند و سطح فلز را با روی غنی شده پوشش‌دهی می‌کنند.
تفاوت گالوانیزه گرم و سرد
- اولین تفاوتی که برای این دو نوع از گالوانیزه می‌توان نام برد، روش تولید آن‌ها است. در روش تولید گالوانیزه گرم، فولاد را در حوضچه‌هایی که حاوی فلز روی مذاب شده است، می‌اندازند و به اصطلاح، آن را غوطه‌ور می‌کنند؛ اما در فرآیند ساخت گالوانیزه سرد از روش آبکاری استفاده می‌شود؛ به این صورت که از یک جریان الکتریسیته در یک محلول نمکی که حاوی آند روی و کاتد فولاد است، استفاده می‌کنند.
- دومین تفاوتی که می‌توان برای گالوانیزه سرد و گرم نام برد، قیمت آن‌ها است. به لحاظ اقتصادی استفاده کردن از گالوانیزه گرم که با روش غوطه‌وری به دست می‌آید، بسیار مقرون به‌صرفه‌تر از گالوانیزه سرد است.
- تفاوت در ظاهر و ضخامت از دیگر وجه تمایز این دو نوع گالوانیزه است. در روش غوطه‌وری گالوانیزه گرم، فولاد از ضخامت و استحکام بالایی برخوردار بوده ولی به لحاظ ظاهری، سطح کدر و زبری دارد؛ اما در فرآیند گالوانیزه سرد، ما شاهد ضخامت بالایی از پوشش‌دهی فلز روی نیستیم و به دنبال آن، فولاد از مقاومت کمتری برخوردار است؛ اما در مقابل، گالوانیزه سرد ظاهر براق و درخشانی دارد.
- در روش غوطه‌وری و تولید گالوانیزه گرم، یک واکنش شیمیایی میان فولاد و فلز روی رخ می‌دهد که سبب تثبیت پوشش‌دهی می‌شود. این اتفاق باعث شده است تا فلز روی به راحتی و با خراش از سطح فولاد جدا نشود و به دنبال آن، طول عمر بیشتری داشته باشد؛ اما در فرآیند گالوانیزه سرد، چنین واکنش شیمیایی رخ نداده و پوشش روی ممکن است که با خراشی از بین برود؛ به همین سبب، عمر کمتری خواهد داشت.
دلیل نام‌گذاری ورق گالوانیزه گرم هم تولید آن‌ها در دمای بالا است. به‌طورمعمول، ورقهای گالوانیزه گرم به دلیل تحمل حرارت بالا، دارای سطح ظاهری مات هستند و رنگی تقریبا کدر و طوسی دارند. بنابراین، بیشتر از این ورق‌ها در بخش‌هایی استفاده می‌شود که ظاهر اهمیت چندانی ندارد. یکی از مواردی که در مورد ورق گالوانیزه حائز اهمییت است،به این صورت است که هر چقدر ضخامت محصول فوق بیشتر باشد، کیفیت بالاتری دارد، لذا موجب می‌شود تا قیمت ورق گالوانیزه افزایش یابد.
اسپری گالوانیزه سرد شامل روی غنی شده است که سطح فلزات با آن پوشش داده می‌شود. روش های آماده سازی برای این گالوانیزه با حذف اولیه کالامین در صورت وجود و از بین بردن دیگر مواد زائد در سطح فلز انجام می‌شود. رنگهای Zinc یا روی توسط قلمو، غلتک، اسپری و دیگر تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با توجه به موارد مطرح شده، می‌توان گفت که گالوانیزه سرد و گرم، از جنبه‌های زیر با هم تفاوت دارند:
- در روش اجرا و آماده‌سازی
- در مقاومت (مقاومت گالوانیزه سرد کمتر از گالوانیزه گرم است)
- در شکل ظاهری (ورقهای گالوانیزه سرد در مواردی که زیبایی مطرح است، کاربرد بیشتری دارند؛ مانند خوردوسازی، قطعه‌سازی و پیچ و مهره)
- ضخامت (ورقهای گالوانیزه گرم دارای ضخامت بالاتری هستند)
- در سطح (ورقهای گالوانیزه گرم دارای سطح مات و کدر هستند؛ در حالی که ورقهای گالوانیزه سرد، دارای سطح صاف و درخشان هستند.)
- ...
فولاد ساختمانی گالوانیزه
فولاد گالوانیزه به عنوان مهم‌ترین و متداول‌ترین فلز گالوانیزه شناخته می‌شود. در طول سال، صدها هزار تن محصول فولادی در اقصی نقاط دنیا تحت عملیات گالوانیزاسیون قرار می‌گیرند. شهرهای بزرگ و توسعه یافته نیز معمولا چندین کارخانه گالوانیزاسیون دارند و بسیاری از اقلام و تجهیزات فولادی را جهت طول عمر بیشتر گالوانیزه می‌کنند. از این اقلام می‌توان به راه‌پله، نردبان، نیمکت‌ها، چارچوب ساختمان و... اشاره کرد. فولاد گالوانیزه گرم هم جهت تولید قاب‌های فولادی برای اسکلت فلزی ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌توان گفت که فولاد ساختمانی گالوانیزه یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی در دنیای ساخت‌وساز است.
فواید گالوانیزاسیون
علاوه بر افزایش مقاومت ورقه‌های فولادی در برابر زنگ زدگی و خوردگی که اصلی‌ترین فایده گالوانیزه کردن است، گالوانیزاسیون (Galvanization) فواید و مزایای دیگری هم دارد که برخی از آن‌ها عبارتند از:
- هزینه آن از ضد زنگ پایین‌تر است.
- هزینه‌های ماندگاری را در طول زمان کاهش می‌دهد.
- در طولانی مدت، عمر و ماندگاری مناسبی دارد.
- از نواحی کوچک فولاد که در معرض آسیب هستند به خوبی محافظت می‌کند.
- عملکرد آن قابل اعتماد است.
- برای آماده‌سازی آن وقت زیادی گرفته نمی‌شود.
- ...
قبل از انجام گالوانیزاسیون چه اقداماتی باید صورت گیرد؟
چه در گالوانیزه سرد و چه در گالوانیزه گرم، قبل از شروع فرآیند اصلی، باید اقدامات زیر صورت بگیرد:
- سطح ورق باید از آلودگی، روغن و ... کاملا پاک شود.
- هرگونه آثار خوردگی و زنگ زدگی باید توسط یک برس مخصوص آهنی، از روی سطح ورقه فولادی پاک شود.
- سطح ورق فولادی باید کاملا خشک شود و هیچ رطوبتی نداشته باشد.
فرآیند گالوانیزه چه مدت طول می کشد؟
به طور کلی مدت زمان استاندارد برای انجام فرآیند گالوانیزه (گالوانیزاسیون) روی یک ورقه فولادی، بین 4 الی 5 دقیقه است. با این حال ممکن است برای مواد سنگین با اینرسی حرارتی بالا، این مدت زمان، کمی بیشتر شود (تا حداکثر 10 دقیقه).
چگونگی انجام فرآیند آبکاری گالوانیزه گرم و سرد
تفاوتی نمی‌کند که از روش گالوانیزه سرد استفاده کنید یا گرم؛ بهرحال برای آبکاری گالوانیزه یک ورقه فولادی، باید 4 مرحله زیر طی شوند:
- چرخه تمیز کردن: تمیز کردن ورقه فولادی از هرگونه آلاینده و خوردگی
- شار: خیس کردن ورقه فولادی
- غوطه وری: قرار دادن گالوانیزه در معرض فلز روی
- پرداخت نهایی
معایب و مزایای فولاد گالوانیزه
مهم‌ترین مزایای استفاده از ورق گالوانیزه عبارتند از:
- هزینه عملیات گالوانیزه از سایر روش‌های جلوگیری از خوردگی کمتر است.
- هزینه تعمیر و نگه‌داری ورقه‌های گالوانیزه بسیار پایین است.
- دوام پوشش ایجاد شده در روش گالوانیزه، نسبت به سایر روش‌ها بالاتر است.
- طول عمر مفید ورقهای فولادی را تا 30 سال افزایش می‌دهد.
- زمان تولید کوتاه‌تری دارد.
- ...
البته روش گالوانیزه کردن (Galvanization)معایبی هم دارد که در ادامه به چند مورد از آن‌ها نیز اشاره خواهیم کرد:
- عملیات جوشکاری ورقه‌های گالوانیزه دارای پیچیدگی‌های زیادی است.
- گازها و بخارهای حاصل از عملیات جوشکاری ورقه‌های گالوانیزه سمی هستند.
- ...
از گالوانیزه سرد و گرم در چه جایی استفاده می شود؟
همانطور که قبلا هم اشاره شد، در ورقهای گالوانیزه سرد (با توجه به سطح درخشانی که دارند) در مواردی استفاده می‌شود که نما و زیبایی نهایی قطعه، اهمیت داشته باشد. خودروسازی و قطعه‌سازی از جمله کاربردهای گالوانیزه سرد هستند. از سویی دیگر، به دلیل مقاومت بالای گالوانیزه گرم و همچنین سطح مات و کدر این ورق‌ها، در اکثر پروژه‌های ساختمانی و صنعتی، از آن‌ها استفاده می‌شود.
